CN1058642C - 处理固、液和／或气态物质的装置和使物质活化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用活化器处理固态、液态和/或气态物质的装置，所述活化器带有至少三个同轴设置且可反向驱动的叶片环(3，4，5)，叶片组上装有可调节的冲击叶片(6)，其中叶片环(3，4，5)最外侧的圆周速度为70米/秒和160米/秒之间。为了实现物质微粒要达到的活化程度并由此提高装置的效率和生产出的产品质量而使得，叶片环(3，4，5)的宽度向外依次至少减小2%，最好是至少减小5%，最大减小10%。

Description

处理固、液和／或气态物质的装置和使物质活化的方法
本发明涉及一种用于处理固态、液态和/或气态物质的装置，该装置具有一个活化器，活化器上带有至少三个同轴设置的且可反向驱动的叶片环，叶片环上装有可调节的冲击叶片，其中叶片环最外侧的圆周速度在70米/秒和160米/秒之间，本发明还涉及使用上述装置使物质活化的方法。
这种类型的设备已由GB-PS1101981公开并已用于生产可硬化的物料，特别是建筑材料如混凝土、灰浆等，其中将粘结剂、填料和液体最好是水同时或以混合物的形式加入到带有同轴设置且反向转动的叶片环的活化器中，材料微粒在活化器中从内向外运动并在穿过转动的叶片环外侧时振幅增大。在两个细窄的叶片环之间各设有一个宽的叶片环，这样可以使从中心向外运动的微粒的激励频率发生变化。在此所用的冲击叶片可以具有圆形、三角形式矩形截面，这种叶片具有以下缺点，即特别是当用于强腐蚀介质中时，会受到较大的磨损，因为在叶片表面和运动的微粒之间存在大于200米/秒的较大相对速度。在这样高的速度下，不会在叶片表面和在冲击叶片上产生离心运动的微粒之间形成保护层。
上述的可硬化物料通常由粘结剂、填料和一般为水的液体构成。对混凝土而言，其粘结剂为水泥。填料用的是砂子，也可以部分或完全用代用材料如一些磨碎的建筑废料。
美国专利U5-A3331905公开了一种用于处理颗粒材料的方法，利用该方法可以生产具有较高强度的构件。该方法是使放入的原材料在解磨机(Desintegrator)中活化，并使微粒的粒度光谱和比表面发生变化。这种方法的优点在于，如果将用该方法生产的混凝土强度与用非活化材料生产的混凝土强度相比较，在解磨机中进行活化的步骤能提高用此方法生产的混凝土或类似物的强度。
此外在EP-A84012中公开了一种解磨机，其用于生产混凝土。利用这种公知的解磨机可以在稳定的强度下减少混凝土中的水泥成份。
在很多技术领域都希望生产多相介质，这种介质很少出现沉积效应或具有很小的分离斜率。当两种不相溶的液体，乳剂或其中含有不溶解的固体物质或悬浮物的液体混合时，由于比重不同，所以随着时间的流逝会出现成份分离。
在很多情况下这是不希望的，例如在煤悬浮体中，煤粉应悬浮在水和、或油中。这种悬浮体非常适合于在管线中运送煤。然而上述的沉积效应会阻碍长久保持这种具有足够高的煤含量的混合。
在净化废气时特别需要将气体中存在的极少量的有害物质分离出来。在烟气脱硫时使用喷淋塔，在喷淋塔中净化的气体通过喷出的水雾进行传递，水雾用一定的添加剂例如石灰进行富集。为了使各种有害物质微粒与介质充分接触，这种方法需要比较大的设备。
在DE-A-3332209中公开了一种气体净化方法，在该方法中气体以已知的方式在喷淋塔中与洗涤液相接触。洗涤液首先要在解磨机中进行处理。通过这种处理可以提高净化剂的反应性，这种较高的反应性来源于解磨机中的活化。
此外，在DE-A-3220328中公开了一种解磨机洗气器，将气体与经机械处理的洗涤剂一起混合加入到洗气器中。解磨机是根据转子/定子原理构成的，也就是说，其上交替地固定有转动的叶片环。
该装置的效率以及用该装置制出的产品的质量与被处理的介质的物态，即气态，液态或固态无关，而与物质微粒所能达到的活化程度有关。
本发明的任务是在不影响装置使用寿命的情况下提高微粒所能达到的活化程度并由此提高装置的效率及其所生产的产品质量。
本发明是这样实现的，即使得叶片环的宽度向外依次至少减小2％，最好至少减小5％，最大减小10％。冲击叶片形成凹面并且由至少两个基本上相同且彼此成一定角度的板构成。这样使得介质微粒在穿过叶片环时，不仅增大了振幅，而且还提高了频率。
可以看到一个出人意料的情况，即，如果向外依次将叶片环的宽度减小到上述比较小的程度，那么将明显提高活化介质的稳定性。
向外看去，两个相邻叶片环转动的相对速度变大。这是一个很明显的事实，这个事实是由于叶片环的直径向外变大而形成的。如果将其理解成是一种微粒振动通过活化器的方法，那么在这种几何关系条件下振幅将不断增大。如果如从本发明的意义上所建议的那样，使叶片环向外看去总是成细窄形的，那么还能够看到频率的不断增大。这比仅仅增大振幅更有可能进一步提高微粒的活化程度。这种效果对固态物质特别对材料的粒度分布会产生影响。而且微粒的几何形状以及特定表面也会对该方法产生影响。
实验表明，不仅在处理固态介质时，而且在处理液态和气态介质时也能够实现微粒更高程度的活化。因此很明显，实际上可以提高乳剂或悬浮体的稳定性和由此获得的可搁置性。由于本发明的改进装置适用于处理气体，特别是净化废气，所以可以达到很高的分离效果。
在活化器中各微粒以大于200米/秒的速度相对于叶片并特别是彼此互相作离心分离运动。因此形成很强烈的碰撞。最近的实验表明，每个微粒要进行3-10次碰撞。这种碰撞的结果使固态介质除了产生颗粒磨碎之外还出现晶体点阵的缺损和肉眼能看到的缺损，这样便形成了增大的表面。此外使混合物的液体和固体成分实现更好的键合。
如US-A-3044685所示，此处所用的减小叶片环宽度的技术在涡轮空气压缩机中是公知的。但是在该已有技术中叶片环向外减小的宽度比本发明用于使物质活化而减小的宽度要多得多。向外减小叶片环宽度的特征在上述玉缩机气流技术中是用于构成较高的压力级条件而在物质活化方面根本不起作用。
在本发明的一个优选变换实施例中规定，冲击叶片的结构为凹面而且最好由至少两个基本上一样的且彼此形成一定角度的板构成。由于构成这种凹面形状。所以在运转期间在叶片上形成了被加工介质构成的接触面。该接触面由于微粒的不断撞击而不断更新并保护了叶片本身不受更大的腐蚀和磨损
因此，由转轴带动的冲击叶片外边缘具有保护作用，由此可以提高装置的使用寿命。
由此还可实现很好的径向物质输送，即在最外侧叶片环的各相邻冲击叶片之间设置一个鼓风机叶片。另一种优选方式是，在最外侧叶片环的每个冲击叶片的外侧端上沿转子转动方向的一侧上最好是在与冲击叶片垂直的方向上连接一个鼓风机叶片。
使用该装置来生产可硬化的物料，特别是建筑材料如混凝土、灰浆等，当叶片环的转数为800-3000l/min时，其具有能够提高物质活性的优点。
当生产多相稳定介质如乳剂或悬浮体时，叶片环的转数应相应为950-2800l/min。
为了处理气体，特别是吸收有害物质，可以使叶片环的转数为900-3500l/min。
本发明对包括：
-将粘结剂、填料和液体最好是水同时或作为混合物加入到带有同轴设置且反向转动的的叶片环的活化器中，
-材料微粒在活化器中从内向外运动，和
-在穿过以70米/秒-160米/秒的速度转动的外叶片环时微粒的振幅受激而增大，等步骤的上述用于生产可硬化物料，特别是建筑材料如混凝土、灰浆等的方法的进一步发展在于，材料的微粒在穿过向外依次至少减小约2％，最好是至少减小5％和最大减小10％的叶片环时其频率不断增加。
特别是在使用水泥、石灰或水玻璃等粘结剂和砂子、黄土、建筑废料或过滤灰土等填料时，本发明能够取得非常好的物质活化效果并由此提高生产率和产品质量。此外，与公知的方法相比，在相同的条件如配方下本发明能实质性地提高物料的强度而不会损环使用寿命。
在使用本发明的装置生产多相稳态介质如乳剂或悬浮体的情况下，在本发明的范围内还提供了另一种方法，其中
-将与所需物质比例相应的各成分同时或作为混合物加到带有同轴设置且反向转动的叶片环的活化器中，
-材料的微粒在活化器中从内向外运动，和
-当穿过以70米/秒-160米/秒的圆周速度转动的且向外依次至少减小2％、最好是至少减小5％而最大减小10％的叶片外侧时，微粒的振幅增大且频率增加。
已经证明，本发明的方法在生产以水和/或油以及煤粉为原料的煤粉悬浮体时是非常有效的。用本发明可以生产固体物质含量很高的悬浮体，这种悬浮体可在很长时间内保持稳定。
借助于本发明的装置处理气体，特别是吸收有害物质的气体的方法包括：
-将液体或粉状介质喷入待处理的气体中，
-气体和介质一起进入带有同轴设置且反向转动的叶片环的活化器中，
-介质在活化器中从内向外运动，和
-在穿过以70米/秒-160米/秒的圆周速度转动的且向外依次至少减小2％，最好是至少减小5％和最大减小10％的叶片环时，微粒的振幅增大且频率提高，以及
-将介质从气体中分离。
本发明的方法适合于不同的净化过程。因此可将液体介质如水或石灰乳在气体进入活化器之前喷到气体中。然而，也可以将这种介质直接喷入活化器中。
干燥排料过程也包含在本发明的范围内，例如细磨的白云石的供料。
最后，可以在一种液体介质中添加一种或多种固态物质。
在本发明所述方法和一个优选变换例中，要在喷入一种或多种固体物质之前添加净化介质。在活化器的入口处固体物质能以溶解的形式或作为悬浮微粒存在。在气体净化时涉及脱硫过程，如同在烟气处理时经常需要的那样，因此需要添加起载体介质作用的水硬石灰，白云石等。在活化器中除了使所有成分形成密切的混合之外还使其产生活化和由此而形成几乎完全的转化。
该方法表现出了特别高的分离效率。
由于活化器的离心泵式输送作用可以在使用中同时省去动力站中的排气机。
下面将通过附图所示的变换实施例对本发明作详细说明。
附图说明：图1是本发明所述活化器的局部剖面图；图2是沿图1中线II-II剖开的剖面图；图3是一种变型的叶片形状；图4是叶片的另一种变换实施例。
图1和图2中所示的活化器由两个反向旋转运动的转子1和2构成，它们的转动方向用箭头A和B表示。为了简便起见在此删去了带有中间入口和周围侧面出口的外壳。对待处理物质的加工是由带有冲击叶片6的三个同心设置的环3、4、5进行的。在图示的情况下，带有冲击片的最外侧环5和最内侧环3由转子1带动，而它们中间的环4由转子2带动。至少外侧环5上的冲击叶片6是凹面的，例如具有一定角度。将冲击叶片的底面7调整成α角，如图2所示，该角度是叶片前缘向外周方向延出的平面7与切面7′之间的夹角。
在图3所示的活化器实施例中，内环3和4上装有凹面叶的片6，叶片6由两个基本上一样的板6′和6″构成。从运动方向上看，相对于切面来说，处在前面的板6′比处在后面的部分6″要长一些和强度小一些。由于存在凹面所以在运行期间会在叶片6上形成与被加工介质相接触的面。这个用标号11表示的接触面在粒子的连续碰撞下会产生再生，并防止叶片6自身受到较大程度的腐蚀和磨损。
在图4所示的成一定角度形状的冲击叶片上，形成角度的部件6′以及6″比留下来的部分6短一些并且最好是等于冲击叶片总长度的一半或更少。较短的部件6′和6″分别从部件6上向转动中心倾斜。形成一定角度布置的端件6′、6″可以设在部件6的两端或同一端上，但最好如图示那样设在紧靠部件6的侧端上。叶片可以用合适的硬金属制造，或用硬金属包覆并且使之成可拆卸的安装形式。但是也可以使用陶瓷或塑料来制造。最后，还可以用护板10包覆受转轴驱动的部件6′、6″的外缘。
在冲击叶片之间或转子1转动时外环5上的冲击叶片前端上设置有鼓风机叶片8.该叶片可以具有任何形状，例如可以是板形，指形等结构。鼓风机叶片的作用是确保被加工处理的物质从里向外流动，除此之外还使得被处理的材料在由转轴带动转动的冲击器表面上形成保护层，该叶片与调整角α的大小无关。角度α在一定的工作条件下可以为15°，而在其它的工作条件下最好为20-35°。
图3表示由三个顺序套叠的环构成的本发明活化器的局部图。向外看去环的宽度b1、b2和b3基本上依次减小至少2-5％。但是这些宽度最大应减小大约10％。也就是说：
0.9b1≤b2≤0.98b1
0.9b2≤b3≤0.98b2

Claims (15)

1.用活化器处理固态、液态和/或气态物质的装置，所述活化器上装有至少三个同轴设置且可反向驱动的叶片环(3，4，5)叶片环上设有可调整的冲击叶片(6)，其中叶片环(3，4，5)最外侧的圆周速度为70米/秒-160米/秒，其特征在于，叶片环(3，4，5)的宽度(b1，b2，b3)向外依次至少减小2％，最好是至少减小5％而最大减小10％，冲击叶片(6)形成凹面并且由至少两个基本上相同且彼此成一定角度的板(6′，6″，6)构成。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，用护板(10)包覆随转轴转动的冲击叶片(6)的外边缘。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，在最外侧叶片环(5)的每两个相邻的冲击叶片(6)之间设有一个鼓风机叶片(8)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在最外侧叶片环(5)的每个冲击叶片(6)的外端沿转子(1)转动方向(A)的一端上，最好连接一个与冲击叶片(6)成直角的鼓风机叶片(8)。
5.如权利要求1所述用于生产可硬化物料，特别是建筑材料如混凝土、灰浆等的装置，其特征在于，叶片环(3，4，5)的转数为800-3000l/min。
6.如权利要求1所述用于生产多相稳态介质如乳剂或悬浮体的装置，其特征在于，叶片环(3，4，5)的转数为950-2800l/min。
7.如权利要求1所述用于处理气体，特别是吸收有害物质的气体的装置，其特征在于，叶片环(3，4，5)的转数为900-3500l/min。
8.使用权利要求1-5之一所述的装置生产可硬化物料，特别是建筑材料如混凝土、灰浆的方法，其中
-将粘结剂、填料和液体最好是水同时或作为混合体加入到带有同轴设置且可反向转动的叶片环(3，4，5)的活化器中，
-材料的微粒在活化器中从内向外运动，和
-当穿过以70米/秒-160米/秒的圆周速度转动的叶片环(3，4，5)外侧时，微粒的振幅增大，
其特征在于，材料的微粒在穿过向外依次最少减小2％，最好减小5％，最大减小10％的叶片环时频率增大。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，使用水泥、石灰或水玻璃作为粘结剂。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用砂子、黄土、建筑废料或过滤灰粉作为填料。
11.用权利要求1-4、6之一所述的装置生产多相稳态介质如乳剂或悬浮体的方法，其特征在于，
-将与所需物料比例一致的各成份同时或作为混合物加入到带有同轴设置的且反向转动的叶片环(3，4，5)的活化器中，
-材料的微粒在活化器中从内向外运动，和
-当穿过以70米/秒-160米/秒的圆周速度转动的向外依次至少减小2％，最好至少减小5％而最大减小10％的叶片环(3，4，5)的外侧时，微粒产生增大的振幅和加大的频率。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使用水和/或油以及煤粉作为原料。
13.用权利要求1-4、7之一所述的装置处理气体，特别是吸收有害物质的气体的方法，其特征在于，
-将液态或粉状介质喷入到待处理的气体中，
-气体和介质一起进入带有同轴设置的且反转动的叶片环(3，4，5)的活化器中，
-介质在活化器中从内向外运动，
-当穿过以70米/秒-160米/秒的圆周速度转动的且向外依次至少减小2％，最好至少减小5％，最大减小10％的叶片环(3，4，5)时，介质的振幅增大且频率提高，以及
-将介质从气体中分离。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在喷入之前，要向液体介质中添加固态物质或固态物质的混合物。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，将固态物质或固态物质的混合物与液体介质一起同时送入活化器中。
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